异步复位电路亚稳态
异步复位电路亚稳态
引言：
在数字电路中，异步复位电路是一种常见的重置电路，用于将电路的状态恢复到初始状态。
然而，在某些情况下，异步复位电路可能会出现亚稳态，即复位信号引起电路在不稳定状态下振荡。
本文将探讨异步复位电路亚稳态的原因、特征以及解决方法。
一、异步复位电路的工作原理
异步复位电路通过在输入端引入复位信号，将电路的状态恢复为初始状态。
复位信号通常为低电平，当复位信号为低电平时，电路内的存储元件将被清零或恢复到预定的状态。
一旦复位信号恢复到高电平，电路将进入正常工作状态。
二、异步复位电路亚稳态的原因
亚稳态是指电路在复位信号引起的不稳定状态下出现振荡的现象。
在异步复位电路中，亚稳态通常是由于复位信号的上升沿和下降沿不完全对齐引起的。
当复位信号的上升沿和下降沿不完全重合时，电路的状态可能会在复位信号引起的瞬态过程中发生多次切换，导致电路陷入亚稳态。
三、异步复位电路亚稳态的特征
1. 振荡频率不稳定：亚稳态下，由于电路状态的不稳定性，电路可能会以不稳定的频率进行振荡，这种频率可能是复位信号的倍数或
分数倍数。
2. 非规律性振荡：亚稳态下，电路状态的变化可能是不规律的，即无法通过简单的规律进行描述和预测。
3. 电路输出不确定：由于电路处于亚稳态，其输出信号可能会在不同状态之间切换，导致输出的不确定性。
四、解决异步复位电路亚稳态的方法
为了解决异步复位电路的亚稳态问题，可以采取以下方法：
1. 优化复位信号的上升沿和下降沿：确保复位信号的上升沿和下降沿完全对齐，避免引起电路在切换状态时出现多次切换的情况。
2. 添加滤波电路：通过添加适当的滤波电路，可以平滑复位信号的变化，减少亚稳态的发生。
3. 使用同步复位电路：同步复位电路在复位信号和时钟信号之间建立同步关系，确保复位信号的变化仅在时钟信号的上升沿或下降沿发生，从而避免亚稳态的产生。
结论：
异步复位电路是一种常见的重置电路，用于将电路的状态恢复到初始状态。
然而，由于复位信号的上升沿和下降沿不完全对齐，异步复位电路可能会出现亚稳态的问题。
为了解决亚稳态问题，可以优化复位信号的上升沿和下降沿、添加滤波电路或使用同步复位电路。
通过这些方法，可以有效地避免异步复位电路亚稳态的发生，确保电路的稳定性和可靠性。
常见硬件工程师笔试题(标准答案)
硬件工程师笔试题一、电路分析：1、竞争与冒险在组合逻辑中，在输入端的不同通道数字信号中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争。
因此在输出端可能产生短时脉冲〔尖峰脉冲〕的现象叫冒险。
常用的消除竞争冒险的方法有：输入端加滤波电容、选通脉冲、修改逻辑设计等。
2、同步与异步同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。
异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。
同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因此所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。
异步电路：电路没有统一的时钟，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其它的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。
异步电路不使用时钟脉冲做同步，其子系统是使用特殊的“开场〞和“完成〞信号使之同步同步就是双方有一个共同的时钟，当发送时，接收方同时准备接收。
异步双方不需要共同的时钟，也就是接收方不知道发送方什么时候发送，所以在发送的信息中就要有提示接收方开场接收的信息，如开场位，完毕时有停顿位3、仿真软件：Proteus4、Setup 和Hold timeSetup/hold time 是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。
建立时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间。
输入信号应提早时钟上升沿〔如上升沿有效〕T时间到达芯片，这个T就是建立时间-Setup time.如不满足setup time,这个数据就不能被这一时钟打入触发器，只有在下一个时钟上升沿，数据才能被打入触发器。
保持时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间。
假如hold time不够，数据同样不能被打入触发器。
5、IC设计中同步复位与异步复位的区别同步复位在时钟沿采集复位信号，完成复位动作。
异步复位不管时钟，只要复位信号满足条件，就完成复位动作。
异步复位对复位信号要求比拟高，不能有毛刺，假如其与时钟关系不确定，也可能出现亚稳态。
同步复位和异步复位
同步复位，异步复位以及异步复位同步释放(转载）1.同步复位(Synchronous Reset)来看一个简单的同步复位的D触发器，Verilog代码如下：module d_ff (clk,rst_n,datain,dataout);input clk;input rst_n;input datain;ouput dataout;reg dataout;always @ (posedge clk)beginif (!rst_n)dataout <= 1'b0;elsedataout <= datain;endendmodule综合后的RTL图表如下：Altera的MAXII系列的CPLD中，register没有同步复位资源，所以同步复位信号需要通过额外的逻辑电路实现，上面的例子，QuartusII软件自带的综合工具使用选择器实现了同步功能，但是这不是确定的，有的综合工具综合成与门，如下图：同步复位的优点：1). 抗干扰性高，可以剔除复位信号中周期短于时钟周期的毛刺；2). 有利于静态时序分析工具的分析；3). 有利于基于周期的仿真工具的仿真。
同步复位缺点：1). 占用更多的逻辑资源；2). 对复位信号的脉冲宽度有要求，必须大于指定的时钟周期，由于线路上的延迟，可能需要多个时钟周期的复位脉冲宽度，且很难保证复位信号到达各个寄存器的时序；3). 同步复位依赖于时钟，如果电路中的时钟信号出现问题，无法完成复位。
2. 异步复位(Asynchronous Reset)来看一个简单的异步复位的D触发器，Verilog代码如下：module prac (clk,rst_n,datain,dataout);input clk;input rst_n;input datain;output dataout;reg dataout;always @ (posedge clk or negedge rst_n)beginif (!rst_n)dataout <= 1'b0;elsedataout <= datain;endendmodule综合后的RTL图表如下：异步复位的优点：1). 无需额外的逻辑资源，实现简单，而且CPLD有针对复位信号的全局不限资源，可以保证复位管脚到各个寄存器的clock skew最小(注意不是到各个寄存器的延迟最小)；2). 复位信号不依赖于时钟。
【转】亚稳态详解
【转】亚稳态详解1.什么是亚稳态简单来说，就是信号传输没有满⾜触发器的建⽴保持时间，此时触发器输出端Q在有效时钟沿之后⽐较长的⼀段时间处于不确定的状态，在这段时间⾥Q端⽑刺、振荡、固定的某⼀电压值，⽽不是等于数据输⼊端D的值。
之后Q端将稳定到0或1上，但是究竟是0还是1，这是随机的，与输⼊没有必然的关系。
2.亚稳态的危害从其定义中可以看到，由于输出在稳定下来之前可能是⽑刺、振荡、固定的某⼀电压值，在信号传输中产⽣亚稳态就会导致与其相连的其他数字部件将做出不同的判断，有的判断到“1”有的判断到“0”，有的判断为0～1之间的中间值，还会使下⼀级产⽣亚稳态（即导致亚稳态的传播）。
在复位电路中产⽣亚稳态可能会导致复位失败。
3.亚稳态的发⽣场合1）异步信号检测2）跨时钟域信号传输3）复位电路4）其他不满⾜建⽴保持时间的电路4.具体分析为什么会产⽣亚稳态产⽣亚稳态的原因就是违反了建⽴保持时间。
最典型的就是跨时钟域和异步传输。
在跨时钟域信号传输时，由于源寄存器时钟和⽬的寄存器时钟相移未知，所以源寄存器数据发出数据，数据可能在任何时间到达异步时钟域的⽬的寄存器，所以⽆法保证满⾜⽬的寄存器Tsu和Th的要求。
在异步信号采集中，由于异步信号可以在任意时间点到达⽬的寄存器，所以也⽆法保证满⾜⽬的寄存器Tsu和Th的要求。
当数据在⽬的寄存器Tsu-Th时间窗⼝发⽣变化，也即当数据的建⽴时间或者保持时间不满⾜时，就可能发⽣亚稳态现象。
图1. 亚稳态产⽣⽰意图由图可知，当产⽣亚稳态后Tco时间后会有Tmet（决断时间）的振荡时间段，当振荡结束回到稳定状态时为“0”或者“1”，这个是随机的。
因此，会对后续电路判断造成影响。
5.亚稳态产⽣概率由上⾯分析得知，系统亚稳态发⽣的都是由于clk的Tsu和Th不满⾜，⼜或者是复位信号的移除和恢复时间不满⾜。
常⽤FPGA器件的Tsu+Th约等于1ns，复位移除和恢复时间相加约等于1ns。
大型设计全局复位—异步复位同源释放
在一个FPGA项目设计之初，全局网络的建立至关重要，其中包括时钟网络和复位网络。
而通常设计者对时钟网络的规划尤为小心，可却忽视了复位网络，这个复位跟时钟一样也是一个覆盖全局、高扇出的信号，如果处理不当也会导致意想不到的错误。
很多人会问，到底复位信号选择同步还是异步、高电平还是低电平有效？对于这个问题，下文做了论述：异步or 同步？以下是同步、异步复位的Verilog和VHDL代码：// 同步复位（Verilog）always@(posedge clk)if(rst)begina<=1’b0;endelsebegina<=b;end--同步复位（VHDL）process(clk,rst)beginif clk’event and clk=’1’ thenif rst=’1’ thena<=’0’;elsea<=b;end if;end if;end process;// 异步（Verilog）always@(posedge clk or posedge rst)if(rst)begina<=1’b0;endelsebegina<=b;end--异步复位（VHDL）process(clk,rst)beginif rst=’1’ thena<=’0’;7系列FPGA设计时推荐使用高电平有效的复位。
图2选择高还是低，需要根据具体的电平标准、器件结构来选择，并不是一概而论低电平有效的好或者高电平有效的好。
注：另外在设计中复位信号有时可能出现一些问题。
1. 如果在一个设计的顶层定义了一个异步复位信号，而为了减小高扇出的影响，可以将这个复位信号分配到全局布线资源上。
但是有些情况下，使用全局复位信号可能导致recovery和removel时序问题。
如图4所示使用级联复位结构，将异步复位信号同步释放，根据模块进行分区，在每个分区内再级联同步释放结构，这样可以降低复位信号的扇出，从根本性上解决了问题。
复位电路异步复位同步释放
复位电路异步复位同步释放异步复位和同步释放是数字电路设计中常见的两种复位方式。
复位电路的作用是将电路的各个元件状态恢复到初始状态，以确保电路在启动时的可靠性和正确性。
异步复位是指在电路中引入一个异步信号，当该信号为高电平时，电路内部的各个元件都被强制复位为初始状态。
异步复位信号可以是外部输入信号，例如按键、开关等，也可以是内部产生的信号，例如定时器溢出信号等。
异步复位的优点是简单直接，可以快速将电路恢复到初始状态。
但是，异步复位也存在一些问题，例如在复位信号引入时可能导致冲突和干扰，还可能引起时序问题和电路不稳定等。
同步释放是指在电路中采用同步信号来释放复位状态。
同步信号通常是由时钟信号和其他状态信号共同产生的，只有在满足特定条件时才会触发复位释放。
同步释放可以有效地解决异步复位的问题，使电路在复位时更加稳定可靠。
同步释放的实现通常需要借助于锁存器、触发器等元件，通过时序控制和状态判定来实现复位释放的精确控制。
在实际的电路设计中，异步复位和同步释放常常结合使用，以实现对电路的可靠复位和平稳释放。
例如，可以使用异步复位电路将电路初始化为初始状态，然后通过同步信号来控制复位释放的时机，确保电路在启动时的稳定性。
此外，还可以根据具体的应用场景和需求，灵活选择异步复位或同步释放的方式。
异步复位和同步释放是数字电路设计中常用的复位方式，它们通过引入异步信号和同步信号来实现对电路的复位和释放。
在电路设计中，需要根据具体的需求和应用场景选择合适的复位方式，以确保电路的可靠性和正确性。
同时，还需要注意复位信号的引入时机和释放时机，避免引发冲突、干扰和时序问题。
通过合理设计和优化，可以实现高性能、高可靠性的复位电路，提高电路的工作效率和稳定性。
FPGA设计异步复位同步释放有讲究
FPGA设计异步复位同步释放有讲究异步复位同步释放首先要说一下同步复位与异步复位的区别。
同步复位是指复位信号在时钟的上升沿或者下降沿才能起作用，而异步复位则是即时生效，与时钟无关。
异步复位的好处是速度快。
再来谈一下为什么FPGA 设计中要用异步复位同步释放。
复位信号的释放是有讲究的：我们知道，DFF 的D 端和clk 端之间时序关系是有约束的，这种约束我们通过setup time 和hold time 来check。
即D 端的data 跳变的时刻要与clk 端的时钟上升沿(或者下降沿)跳变要错开，如果这两个跳变撞到一起，我们无法保证DFF 能够sample 到正确的data，这时候不满足setup/hold time 要求，就会发生亚稳态，我们sample 到的data 可能是不稳定的中间态的值，并不是我们原本想要的data。
与此类似，异步复位端与clk 端之间也存在着类似的时序约束关系，为了准确稳定地sample 到异步复位端的reset 信号，我们要求reset 信号在clk 上升沿(或者下降沿)跳变的前后一段时间内保持稳定，不要跳变。
clk 跳变沿之前必须保持稳定的最短时间叫做recovery time，clk 跳变沿之后需要保持稳定的最短时间叫做removal time。
如果在此时间窗口内reset 信号发生跳变，不确定reset 到底有没有释放成功(类似setup+hold 时间窗口内，data 跳变，发生亚稳态，sample 到的值是不稳定的中间态值)。
在IC 设计过程中我们是会check recovery 和removal time 的，如果不满足，我们会通过布局布线的调整(后端的调整)让电路满足这个条件(实质就是让reset 跳变沿和clk 跳变沿错开);但是对于FPGA设计而言，我们一般不采用异步释放的方法，因为FPGA 的布局布线可以调整。
FPGA工程师职场必修能力和面试总结
FPGA工程师职场必修能力和面试总结FPGA这个概念在很多应用领域，出现的频率越来越多，例如：在比特币挖矿中在基于FPGA的矿机，自动驾驶系统中实时视觉处理系统，军事领域的导弹导航系统等。
这段时间，也去面试了十多个FPGA岗位，发现在面试过程中发现有很多很突出的问题，特别是在比较大型的公司都会相当重视。
具体来说会考量面试者很多的几个知识点：同步时钟设计、亚稳态、异步FlFOo可以亳不夸张地说，如果面试者要是能弄明白这几个问题，那么至少能满足迄今绝大多数公司对FPGA岗位的大部分需求。
相比其他电子行业，从事FPGA开发工资高，对技术水平要求也高，一方面除了要求工程师对广泛的基础知识要有一定的了解，其次也需要有实际的经验，如果在投递简历时，能通过拍照片、录视频的方式把你曾经做过的项目经验经历打包整理好,在面试的时候用上,会极大增加你的通过率。
技术面试时，多讲讲你做过的东西，怎么做具体有哪些想法，扩展性思维，尽量多去开拓一些相关性知识，让企业者更多看到你知道得很多，基础很扎实，容易上手易于培养，后续就基本没什么问题了。
以下录自某FPGA专业通信设备商的人员招聘，对于入职FPGA工程师岗位的具体要求。
整个面试过程包含笔试（专业基础题）+面试（主观分析题）共两个部分，下面为大家提供具体题目及参考回答。
FPGA工程师面试必考题目主观题：1.你认为你从事这项工作有什么主要的优点？2.描述一下你之前参与的最有成就的项目，你觉你的成就来源是什么？3.你觉得你自身最大的缺点是什么？该如何克服或改进。
4.你该如何与最新的技术保持同步？专业知识题：1.什么是同步逻辑和异步逻辑？同步时序逻辑电路的特点：各触发器的时钟端全部连接在一起，并接在系统时钟端，只有当时钟脉冲到来时，电路的状态才能改变。
改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来，此时无论外部输入有无变化，状态表中的每个状态都是稳定的。
异步时序逻辑电路的特点：电路中除可以使用带时钟的触发器外,还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件，电路中没有统一的时钟，电路状态的改变由外部输入的变化直接引起.同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。
异步复位与同步释放
异步复位与同步释放很多时候，我们都希望系统一上电以及在仿真开始的时候所有寄存器都有一个已知的状态。
复位有两种方式，即同步复位和异步复位。
同步复位：“同步”的意思是和工作时钟同步。
也就是说当时钟的上升沿（下降沿）来到时检测到按键的复位操作才有效，否则无效。
如下图所示为同步低复位波形。
异步复位：“异步”的意思是和工作时钟不同步。
也就是说寄存器的复位不关心时钟的上升沿（下降沿）是否到来，只要有检测到按键被按下，就立刻执行复位操作。
如下图所示为同步低复位波形。
同步复位还是异步复位我们以D触发器为例来说明Inter（Altera）的器件是用同步复位好还是异步复位好。
先来看一下同步复位D触发器的RTL代码，如下所示：//---------------------------------01module test(02 input wire sclk ,03 input wire rst_syncn ,04 input wire d ,0506 outputreg q07);0809always@(posedge sclk)10 if(rst_sync_n ==1'b0)11 q <=1'b0;12 else13 q <= d;1415endmodule//--------------------------------在Quartus工具中编写完RTL后点击“Start Analysis & Synthesis”图标进行分析和综合。
然后双击“Netlist Viewers”下的“RTL Viewer”查看RTL视图。
如下图所示，可以看到一个 D触发器的结构，也可以称为寄存器，但是还附加了一个选择器，用于同步复位的控制。
点击“Start Compilation”图标全编译进行布局布线，完成后我们可以看到“Flow Summary”资源使用量，如下图所示，可以看到使用了LE中的一个组合逻辑资源和一个时序逻辑资源。
数字电路简答题汇总
答：优点 1. 工艺简单，集成度高。 2. 是电压控制元件，静态功耗小。 3.允许电源电压范围 宽。4.扇出系数大，抗噪声容限大。
缺点：工作速度比 TTL 低 。
12. 半导体工艺中，掺杂有哪几种方式？
答：根据掺入的杂质不同，杂质半导体可以分为 N 型和 P 型两大类。 N 型半导体中掺入的杂 质为磷等五价元素， 磷原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，多余的第五个价电子 很容易摆脱磷原子核的束缚而成为自由电子， 于是半导体中的自由电子数目大量增加，自由电 子成为多数载流子， 空穴则成为少数载流子。P 型半导体中掺入的杂质为硼或其他三价元素， 硼原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时， 将因缺少一个价电子而形成一个空穴， 于 是半导体中的空穴数目大量增加，空穴成为多数载流子，而自由电子则成为少数载流子。
2.如何用 D 触发器实现 2 倍分频的逻辑电路？什么是状态
图？
哥 答：D 触发器的输出端加非门接到 D 端，实现二分频。状态图是以图形方式表示输出状态转
换的条件和规律。用圆圈表示各状态，圈内注明状态名和取值。用→表示状态间转移。
3. 什么是"线与" 逻辑，要实现它，在硬件特性上有什么具体
元 要求？
与门和与非门：多余输入端接正电源或与有用输入端并接
或门和或非门：多余输入端接地或与有用输入端并接
CMOS 电路多余输入端与有用输入端的并接仅适用于工作频率很低的场合。
TTL 电路输入端悬空时相当于输入高电平，CMOS 电路多余输入端不允许悬空。
哥 22．什么是 NMOS、PMOS？什么是增强型、耗尽型？什么 元 是 PNP、NPN？他们有什么差别？
答：线与逻辑是两个输出信号相连可以实现与的功能。在硬件上，要用 OC/OD 门来实现，为了
ASIC设计中的同步复位与异步复位
ASIC 设计中的同步复位与异步复位Synchronous Reset and Asynchronous Reset in ASIC Design盛 娜3 刘志军SHENG Na LIU Zhi 2jun摘 要 复位问题是ASIC 设计中的一个关键问题,其处理得当与否将直接影响整个电路的性能,在此本文从多个角度对同步复位和异步复位进行了讨论和分析,并且比较了各自的优缺点,重点针对异步复位过程中存在的亚稳态问题采用两级复位同步和复位分配缓冲树的方法进行了相应的解决。
关键词 同步复位 异步复位 亚稳态 ASIC Abstract Reset is one of the key problems in ASIC design ,it will directly in fluence the performance of the whole design if it is done properly or not.This paper discussed and analyzed the synchronous reset and the asynchronous reset from several different perspectives.A C omparis on between them in the advantages and the disadvantages was conducted.The metastability problem ,exiting in the process of asynchronous reset ,was res olved by adding the tw o 2level reset syn 2chronizer logic and using reset distribution bu ffer tree.K eyw ords Synchronous reset Asynchronous reset Metastability ASIC3山东大学信息科学与工程学院 济南 2501001 引言复位问题是ASIC 设计中一个基本而又重要的问题。